CN219831284U - 一种输电线路隐患故障在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种输电线路隐患故障在线监测装置，包括电流传感器、电压传感器、隐患电流传感器、高速ADC模块、低速ADC模块和主控芯片；所述电流传感器用于采集输电线路的工频电流和行波电流，所述电压传感器用于采集输电线路的工频电压和行波电压，所述隐患电流传感器用于采集输电线路的隐患电流；其中，行波电流、行波电压和隐患电流的采集信号通过所述高速ADC模块传输至所述主控芯片，工频电流和工频电压的采集信号通过所述低速ADC模块传输至所述主控芯片。本实用新型在工频电流和行波电流基础上，增加工频电压、行波电压以及隐患电流监测，更加立体地观察输电线路的运行状态，提高对隐患预警和故障诊断的准确率。

Description

一种输电线路隐患故障在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及输电线路监测领域，具体涉及一种输电线路隐患故障在线监测装置。

背景技术

随着数字孪生体新一代数字技术的出现，电网公司提出了数字孪生电网，将数字孪生技术引入到电力系统。输电线路作为电力系统的主动脉，对输电线路的在线监测并将线路的运行情况数字化映射到数字孪生电网，可为构建数字孪生电网实现全局和全生命周期生产运行需要，达到源网荷储一体化等管理目标提供数据支撑。

目前对于输电线路的监测，主要是从行波电流和工频电流两个维度对输电线路进行日常监测，通过暂态行波技术实现故障定位。然而在线路故障发生前，通常线路会进入线路隐患的运行状态，即存在持续一段时间的放电现象，产生持续性或间隙性的预放电，对线路的安全运行造成严重的威胁。由于线路隐患在线路上产生的附加电流为隐患电流，若能进一步对输电线路的隐患电流进行监测，可以对即将发生的线路故障进行预警处理，避免隐患现象进一步发展成线路故障。同时，输电线路发生故障时，部分线路的行波电流信号比较小，设备无法正常捕获到信号，从而无法对输电线路的故障进行分析。根据奈奎斯特理论，只有采样频率高于原始信号最高频率的两倍以上时，才能把数字信号表示的信号还原成为原来信号。现有产品由于信号采样频率偏低，1～2MHz采样频率，导致对线路的电信号还原性差，影响了故障的诊断。

另外，输电线路上监测设备主要采用CT取能加太阳能取能以及电池储能的方式保证设备的不间断在线。由于电力系统有比较明显峰谷情况，在峰值CT取能可获取充足的能量满足设备用电正常运行，在谷值CT取能不足设备正常运行。太阳能取能受气候影响大，导致获取的能量不稳定。现有部分产品虽然实现了10～20MHz的采样频率，但是主控芯片是FPGA或者DSP，整体的功耗偏高，对CT取能和太阳能取能的要求高，设备可能因为自身能量获取不足从而离线，影响对输电线路的不间断实时监测

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种输电线路隐患故障在线监测装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种输电线路隐患故障在线监测装置，包括电流传感器、电压传感器、隐患电流传感器、高速ADC模块、低速ADC模块和主控芯片；

所述电流传感器用于采集输电线路的工频电流和行波电流，所述电压传感器用于采集输电线路的工频电压和行波电压，所述隐患电流传感器用于采集输电线路的隐患电流；

其中，行波电流、行波电压和隐患电流的采集信号通过所述高速ADC模块传输至所述主控芯片，工频电流和工频电压的采集信号通过所述低速ADC模块传输至所述主控芯片。

进一步地，所述主控芯片包括MCU控制器、GPS授时模块、无线通讯模块和电源管理模块；

所述GPS授时模块、无线通讯模块和电源管理模块分别与所述MCU控制器连接。

进一步地，所述高速ADC模块的采样频率不低于20MHz。

进一步地，还包括信号调理电路；

所述电流传感器、电压传感器和隐患电流传感器采集的信号通过所述信号调理电路传输给所述高速ADC模块和低速ADC模块。

进一步地，所述电源管理模块通过CT感应取电、太阳能取电的至少之一进行供电。

进一步地，所述电流传感器采用高频罗科夫斯基线圈。

进一步地，所述电压传感器采用非接触式电压传感器。

进一步地，所述隐患电流传感器采用带磁芯电感式传感器。

应用本实用新型的技术方案，通过电流传感器、电压传感器和隐患电流传感器对输电线路的不同维度的信号进行采集，通过高速ADC模块和低速ADC模块将采集到的模拟信号转换成数字信号，并利用模拟并行总线将数字信号传输到主控芯片，主控芯片对各维度信号综合分析，实现输电线路的健康监测和故障诊断。

与现有技术相比，本实用新型的输电线路隐患故障在线监测装置，在工频电流和行波电流基础上，增加工频电压、行波电压以及隐患电流监测，更加立体地观察输电线路的运行状态，减低了低维度带来思维片面。通过提高信号的采样频率，对信号的还原性好，减少低采样率导致信号的失真，提高了隐患预警和故障诊断的准确率。同时使用低功耗MCU作为主控芯片，实现设备能耗低，提高设备的稳定性，为设备的不间断运行提供有力的保障。

可见，本申请的输电线路隐患故障在线监测装置，通过增加信号监测维度、提高采样频率和使用低功耗MCU主控芯片三个方面提升对输电线路的监测能力，为建设数字孪生电网提供高质量的数据支持。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本申请的输电线路隐患故障在线监测装置的结构示意图；

其中：

1-电流传感器；2-电压传感器；3-隐患电流传感器；4-信号调理电路；5-高速ADC模块；6-低速ADC模块；7-MCU控制器；8-GPS授时模块；9-无线通讯模块；10-电源管理模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

针对现有监测装置对输电线路监测维度低、采样频率低从而信号还原性差、功耗高等问题。本申请提供一种输电线路隐患故障在线监测装置，以解决上述问题中的一个或多个。下面结合图1对本申请进行示例性说明。

如图1所示，本实施例的一种输电线路隐患故障在线监测装置，包括电流传感器1、电压传感器2、隐患电流传感器3、信号调理电路4、高速ADC模块5、低速ADC模块6和主控芯片。

主控芯片为嵌入式硬件板卡，其上设置有MCU控制器7、GPS授时模块8、无线通讯模块9和电源管理模块10，其中，GPS授时模块8、无线通讯模块9和电源管理模块10均与MCU控制器7连接。

电流传感器1、电压传感器2、隐患电流传感器3与信号调理电路4的输入端连接，信号调理电路4的输出端与高速ADC模块5、低速ADC模块6的输入端连接，高速ADC模块5、低速ADC模块6的输出端与MCU控制器7连接。

电流传感器1用于采集输电线路的工频电流和行波电流，例如，可以采用高频罗科夫斯基线圈对输电线路的电流进行测量，将输电线路的电流转换成电压信号，再通过积分器还原成一次电流成正比的输出电压。

电压传感器2用于采集输电线路的工频电压和行波电压，例如，可以采用非接触式电压传感器的对输电线路的电压进行测量，将kV级别的电压转换成V级别的输出电压。

隐患电流传感器3用于采集输电线路的隐患电流，例如，可以采用带磁芯电感式传感器对输电线路的隐患电流进行测量，将输电线路的隐患小电流转换成电压信号，再通过积分放大器还原成一次电流成正比的输出电压。

电流传感器1、电压传感器2和隐患电流传感器3采集的工频电流、行波电流、工频电压、行波电压和隐患电流的模拟信号，通过信号调理电路4、高速ADC模块5和低速ADC模块6将模拟信号转化为数字信号。

其中，高速ADC模块5将输电线路的行波电流、行波电压和隐患电流的数字信号通过模拟并行总线传输到MCU控制器7中，低速ADC模块6将输电线路的工频电流、工频电压的数字信号通过模拟并行总线传输到MCU控制器7中。

MCU控制器7用于数据分析处理，利用获取到的输电线路的工频电流、行波电流、工频电压、行波电压和隐患电流五维信号，对输电线路的运行状况进行分析。由于使用低功耗MCU作为主控芯片，相对目前市面使用FPGA和DSP作为主控芯片更具备明显的优势。同时，使用的ADC芯片采样频率20MHz以上，对信号的还原性高，有利于对输电线路的诊断提供更加真实的数据。

由于本申请的在线监测装置是沿线安装在输电线路上，安装距离在十几公里以上，时空跨度大，利用高精度GPS授时模块8，确保在不同时空下的采集信号的同步性，同时利用无线通讯模块9增强设备之间的信息互联，提高在线监测系统的耦合性。

同时，本申请的在线监测装置可以通过感应取电模块、太阳能取电模块进行供电，感应取电模块可以从输电线路上获取电能，太阳能取电模块可以将太阳能转换为电能，二者均与电源管理模块10连接。

需要说明的是，本申请的上述各模块均可采用相应的电路模块实现其功能，根据具体情况进行开发或选用，在此不再赘述。

使用时，本申请的输电线路隐患故障在线监测装置沿线安装在输电线路上，若干组在线监测装置可与远程监控主站组成故障定位监控系统。在线监测装置进行工频电流、行波电流、工频电压、行波电压和隐患电流信号的实时采集分析，当采集到的电流或电压信号超过预设阈值时，对检测到的高频信号首半波到达时刻点进行卫星授时，将故障发生时刻的数据加上时标信息，通过4G无线蜂窝网络传送至远程监控主站，远程监控主站通过双端定位原理计算出故障点准确位置。

综上，本申请的输电线路隐患故障在线监测装置，在工频电流和行波电流基础上，增加工频电压、行波电压以及隐患电流监测，更加立体地观察输电线路的运行状态，同时，通过提高信号的采样频率，减少低采样率导致信号的失真，使用低功耗MCU作为主控芯片，实现设备能耗低，提高设备的稳定性，三个方面的结合，提升了对输电线路的监测能力，从而为建设数字孪生电网提供高质量的数据支持。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，包括电流传感器(1)、电压传感器(2)、隐患电流传感器(3)、高速ADC模块(5)、低速ADC模块(6)和主控芯片；

所述电流传感器(1)用于采集输电线路的工频电流和行波电流，所述电压传感器(2)用于采集输电线路的工频电压和行波电压，所述隐患电流传感器(3)用于采集输电线路的隐患电流；

其中，行波电流、行波电压和隐患电流的采集信号通过所述高速ADC模块(5)传输至所述主控芯片，工频电流和工频电压的采集信号通过所述低速ADC模块(6)传输至所述主控芯片。

2.根据权利要求1所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，所述主控芯片包括MCU控制器(7)、GPS授时模块(8)、无线通讯模块(9)和电源管理模块(10)；

所述GPS授时模块(8)、无线通讯模块(9)和电源管理模块(10)分别与所述MCU控制器(7)连接。

3.根据权利要求1所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，所述高速ADC模块(5)的采样频率不低于20MHz。

4.根据权利要求1所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，还包括信号调理电路(4)；

所述电流传感器(1)、电压传感器(2)和隐患电流传感器(3)采集的信号通过所述信号调理电路(4)传输给所述高速ADC模块(5)和低速ADC模块(6)。

5.根据权利要求2所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，所述电源管理模块(10)通过CT感应取电、太阳能取电的至少之一进行供电。

6.根据权利要求1所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，所述电流传感器(1)采用高频罗科夫斯基线圈。

7.根据权利要求1所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，所述电压传感器(2)采用非接触式电压传感器。

8.根据权利要求1所述的输电线路隐患故障在线监测装置，其特征在于，所述隐患电流传感器(3)采用带磁芯电感式传感器。